Труднощі класичного пояснення фотоефекту

Як можна було б пояснити фотоефект з погляду класичної електродинаміки і хвильових уявлень про світло?

Відомо, що для виривання електрона з речовини потрібно повідомити йому деяку енергію A, звану роботою виходу електрона. У разі вільного електрона в металі це робота з подолання поля позитивних іонів кристалічної решітки, що утримує електрон на кордоні металу. У разі електрона, що знаходиться в атомі, робота виходу є робота щодо розриву зв’язку електрона з ядром.

У змінному електричному полі світлової хвилі електрон починає здійснювати коливання. І якщо енергія коливань перевищить роботу виходу, то електрон буде вирваний з речовини.

Проте в рамках таких уявлень неможливо зрозуміти другий і т, рет, ий закони фотоефекту. Дійсно, чому кінетична енергія вибитих електронів не залежить від інтенсивності випромінювання? Адже чим більше інтенсивність, тим більше напруженість електричного поля в електромагнітній хвилі, тим більше сила, діє на електрон, тим більше енергія його коливань і з тим більшою кінетичною енергією електрон вилетить з катода. Логічно? Логічно. Але експеримент показує інше.

Далі, звідки береться червона межа фотоефекту? Чим «завинили» низькі частоти? Здавалося б, із зростанням інтенсивності світла росте і сила, що діє на електрони; тому навіть при низькій частоті світла електрон рано чи пізно буде вирваний з речовини – коли інтенсивність досягне досить великого значення. Однак червона межа ставить жорстку заборону на виліт електронів при низьких частотах падаючого випромінювання.

Крім того, неясна безінерційність фотоефекту. Саме, при висвітленні катода випромінюванням як завгодно слабкої інтенсивності (з частотою вище червоної кордону) фотоефект починається миттєво – у момент включення освітлення. Тим часом, здавалося б, електронам потрібен якийсь час для «розхитування» зв’язків, утримують їх в речовині, і цей час «розкачки» має бути тим більше, чим слабкіше падаюче світло. Аналогія така: чим слабкіше ви штовхаєте гойдалки, тим довше доведеться їх розгойдувати до заданої амплітуди. Виглядає знову-таки логічно, але досвід – єдиний критерій істини у фізиці! – Цим доводам суперечить.

Так на рубежі XIX і XX століть у фізиці виникла тупикова ситуація: електродинаміка, передбачив існування електромагнітних хвиль і чудово працює в діапазоні радіохвиль, відмовилася пояснювати явище фотоефекту.

Вихід з цього глухого кута було знайдено Альбертом Ейнштейном в 1905 році. Він запропонував просте рівняння, що описує фотоефект. Всі три закони фотоефекту виявилися наслідками рівняння Ейнштейна.

Головна заслуга Ейнштейна складалася у відмові від спроб витлумачити фотоефект з позицій класичної електродинаміки. Ейнштейн привернув до справи сміливу гіпотезу про кванти, висловлену Максом Планком п’ятьма роками раніше.

Посилання на основну публікацію